从0开始-Linux学习笔记（七）

刘小泽写于18.6.24-7.1 一个星期入门linux
我相信这是比之前写的 “测序的世界” 更浩大的工程，但值得写出来！

磁盘管理：

学好磁盘管理，会对以后自己处理服务器硬盘问题大有裨益

硬盘：

我们每天打交道最多的可能就是硬盘了，只要你开机，硬盘就开始通电工作，可能那会还没来得及开显示器，硬盘就已经在BIOS自检后启动了操作系统，这一切似乎在很短的时间内就完成了。但是它靠的却是机箱里厚重质感的大块头——硬盘

硬盘长什么样？
喜欢DIY的朋友应该都了解过，但是大部分用户应该没有见过机箱内的硬盘，或者不清楚其内部构造
先看几张图养养眼～

6.png

硬盘物理结构相关概念：
- 数据如何存储的： 磁盘天生并不会记录什么照片、文档文字等，它知道的只有0和1，硬盘有很多磁盘叠在一起，但相互之间又有间隔，通过改变磁盘的磁化方向来存数0和1，这样记录数据
- 磁头(head)数：每个盘片有上下两面，各对应1个磁头,实现数据的存取
- 磁道(track)：当磁盘旋转时，磁头保持在一个位置上，每个磁头都会在磁盘表面划出一个圆形轨迹，这些圆形轨迹就叫做磁道。将最外侧道的编号为0，向内+1
  【接下来把磁道想象成跑道，会容易理解的多】
- 柱面(cylinder)：不同盘片的相同编号的磁道构成的圆柱面就被称之为柱面【柱面数=一个盘面的磁道数】
  【简单说，磁盘就相当于立体的操场，从上到下有很多0跑道，1跑道等
  而柱面就是将各个层的同一编号跑道们汇集在一起的称呼】
- 扇区(sector)：每个磁道都别切分成很多扇形区域，每个磁道的扇区数量相同，每个扇区大小为512字节
  【比如：每个跑道有400米，我们从中可以切分成许多的5.12米，这就是扇区】
- 平均寻道时间：【就是跑完一圈跑道用的时间】
  硬盘在接收到系统指令后【起跑口令】，磁头从开始移动到数据所在的磁道所花费时间的平均值。
  它在一定程度上体现了硬盘读取数据的能力【相当于运动员的身体素质】，是影响硬盘内部数据传输率的重要参数，单位为毫秒（ms）。
  【一般PC为7200RPM；笔记本5400RPM】
  外面柱面速度比内部的快【不难理解：外侧跑道的运动员和内侧跑道的的运动员两个人同时到达终点，当然外侧跑道跑得更快】，所以将一些频繁访问的内容放在靠近外部的柱面，比如C盘。
- 硬盘容量
  我们平时所说的几百G甚至上T的硬盘，是这么计算得来的
  硬盘的容量=柱面数×磁头数×扇区数×512（字节数）
  1T = 1024G = 1024² M = 1024³K = 1024⁴B(字节)
硬盘的内部逻辑结构：
- MBR（Main Boot Record）
  
  这是硬盘最核心的代码，没有了它，硬盘中的数据都会丢失
  - 中文名“主引导记录”，它是位于磁盘最前边的一段引导代码，它是生产厂商出厂时对磁初步格式化加入的【Born with loader code】。
  - 职责：负责磁盘操作系统(DOS)对磁盘进行读写时分区合法性的判别、分区引导信息的定位【总指挥的角色】
  - 组成：三个部分组成(共占用512个字节)：
    - 446bytes: BootLoader, 引导程序
    - 64bytes:
      每16bytes标识一个分区，所以最多只有四个主分区
      
      主分区+扩展分区<=4
      扩展分区最多只有一个
      
      选择只有两个：三主一扩展或四个主分区，否则剩余未分区的空间将无法使用
    - 2bytes: 魔数Magic Number，标记MBR是否有效
  - 如何启动的操作系统：【从0到1的过程】
    1. 开机CPU加载BIOS自检，完成后，根据BIOS中设定的启动次序，依次查找启动设备的MBR，没有MBR就找下一个设备，有MBR但坏了则系统报错，无法启动；
    2. 先将BootLoader加载到内存中，BIOS退出，BootLoader程序首先读取分区表（就是上面介绍的64bytes的各个分区）根据配置，加载对应分区上操作系统的内核
      【没有分区表则无法找到操作系统】；
    3. BootLoader会将内核读进内存，内存读入并解压缩BootLoader将控制权交给内核，内核开始启动自身，根据文件配置找到文件系统在什么地方，找到所需要运行的程序的位置，最终完成启动操作系统。
- 如何实现硬盘快速读取？
  
  想象一个浩大的图书馆，你想找一本书，一般有两种方法：
  1.从进门开始一本一本找，想象也知道，可以实现但是太耗时
  2.使用索引目录，比如我想找的书是L开头的，就去L区
  
  硬盘也是如此，创建完分区后，就是利用文件系统快速搜索文件
  
  文件系统是一个管理软件，它存储在磁盘某个位置上，不在分区上，但它指向的数据在分区上。
  它能够把一个分区划分成两片，元数据存储区+数据存储
  
  7.png
  
  如果要存储文件怎么办？ 核心就是找空闲存储块
  如何删除文件呢？
  1. 删除文件对应的条目
  2. 把目录中文件对应的inode在块位图中标记为空
    【可以就重新利用这个空块位了，只需要再次覆盖】
    【重新建新文件，只是将原来的数据块内容覆盖】
    
    对应的磁盘块虽然标记为空，可以继续使用，但里面的数据没动数据恢复工具就是利用这个原理恢复的
    
    所谓的“文件粉碎机、强力删除”其实就是利用一大堆的随机数据，把磁盘覆盖掉了，比如用一大堆0把原来文件占据的数据块全填满【可不是简单的标记数据块为0哦】
- 文件复制与剪切：
  
  你是否发现了在一个盘内复制文件比剪切要慢？
  
  原因就是：
  复制是在新分区上建立一个新文件，在老分区上把文件复制过去，然后把老分区的删掉：
  剪切：就是把文件的目录调整了一下，inode没换，数据没换
  【这仅仅对于同一个分区内的文件来讲，换一个分区和复制速度差不多】
- 硬连接和软链接：
  - 硬链接：
    1. 直接指向同一个inode的不同路径，彼此之间就叫硬链接
    【删除其中一个不影响访问另一个】
    1. 创建： ln 原路径SRC 目标路径DEST
    2. 只能对文件创建，不能应用于目录
    3. 不能跨文件系统
    4. 创建硬链接会增加文件被链接的次数
  - 软链接：
    1. 一个路径指向的inode，存储的是另一个路径
    2. 创建：ln -s SRC DEST
    3. 如果删除了SRC，链接文件也不能访问
    4. 可应用于目录，可以跨文件系统
    5. 不会增加被链接文件的链接次数
    6. 软链接文件大小为指定的路径所包含的字符个数

文件系统管理：

du ：显示一个文件或目录占据系统整体空间大小
- -s ：(summarize)显示整个目录大小
- -h：human-readable，以K、M、G显示
df ：显示磁盘分区上的可使用的磁盘空间
- -h：同上
- -P：不换行显示
- -i：显示inode使用情况
设备文件：
- b：按块为单位，随机访问的设备；如：硬盘
- c：按字符为单位，线性设备如：键盘
- 创建设备文件：mknod
硬盘设备的设备文件名：
IDE、ATA：以hd开头
SATA(Serial ATA)：sd开头
SCSI：sd开头
USB：sd开头

同一类型下的不同设备用a，b，c区别
分区：1-4表示主分区，5以后的数字代表逻辑分区

查看当前系统识别了几块硬盘：
fdisk -l 后接具体硬盘名，可以查看特定硬盘信息

输入fdisk 会出来交互式界面--Ctrl和删除键连用可以删除刚输入的参数
p：显示当前硬件的分区，包括没保存的改动
n：创建新分区
  e: 扩展分区(extended)
  p: 主分区(primary)
d：删除一个分区
w：保存退出
q：不保存退出
t：修改分区类型  L: 跟在t后使用，显示所支持的所有类型
# 如改为swap需要，L命令，输入Linux swap / Solaris 的编码（82）

用这种方法创建完新分区后，此时内核仍未识别，
cat /proc/partitions 查看分区列表，
重读添加新建的分区，用partprobe /dev/sda 命令；之后才能进行高级格式化

Linux 下的VFS
VFS是虚拟文件系统(Virtual Filesystem Switch)，也存在内核空间中

虚拟，是因为它所有的数据结构都是在运行以后才建立，并在卸载时删除，而在磁盘上并没有存储这些数据结构
因此，只有与实际的文件系统，如Ext2、Minix、MSDOS、VFAT等相结合，才能开始工作

创建文件系统 mkfs: make file system

cat /proc/filesystems 查看当前内核所支持的文件系统类型
例如：ext2、ext3、vfat
mkfs -t 文件类型 /dev/新建的分区
【⚠️不要对已有数据的分区创建文件系统，因为此操作等于快速格式化】

mke2fs 专门挂载EXT系列文件

-j：创建ext3类型文件系统；
-b BLOCK_SIZE：指定块大小，默认为4096，可用取值为1024、2048或4096； # 经常存储的小文件适合用小的，大文件用大的
-L LABEL：指定分区卷标，有了卷标，下次重新开机多个挂载的硬件设备次序不会乱，且可用卷标来引用该分区；
-m <数字>：指定预留给超级用户的预留百分比，默认为5%；
-N：指定inode个数；

blkid 查询设备上所采用文件系统类型、UUID等
e2label 查看或定义卷标
e2label 设备文件卷标：设定卷标

tune2fs 无损调整文件系统的相关属性

-j：不损害原有数据，将ext2升级为ext3；# 块大小属性不能更改
-L LABEL：设定或修改卷标；
-o：设定默认挂载选项；acl
-m <数字>：调整预留给超级用户的预留百分比；
-C <数字>：每挂载n天后进行自检，0或-1表示关闭此功能。

fsck 检查并修复LINUX文件系统
-t FSTYPE：指定文件系统类型
-a 自动修复
e2fsck 专门检查并修复EXT2、EXT3文件系统
-p:自动修复；-f：强制修复

挂载与卸载

挂载：将新的文件系统关联至当前根文件系统
卸载：解除某文件系统与当前根文件系统的关系

格式化硬盘后，使用mount

mount 设备 挂载点
    设备：
        设备文件：/dev/sda5
        卷标：LABEL=""
        UUID：UUID=""
挂载点：即目录
        要求：
        1.此目录没有被其他进程使用；
        2.目录事先存在；
        3.目录中的原有文件将会暂时隐藏；

# 挂载完成后，要通过挂载点访问对应系统上的文件
 mount -a 挂载所有/etc/fstab中的设备

卸载用unmount

umount 设备
umount 挂载点  

注意：挂载的设备没有进程使用；

物理内存和交换空间使用情况

swap交换空间：
由于进程某段时间内过多，导致系统的物理内存不够用的时候，如果没有多余进程存放位置，主机有可能会宕机。因此～物理内存会寻找一些很长时间没有什么操作的程序, 将他们的内存使用空间移动到硬盘中的一块位置上。这块为了内存应急的空间就是swap。
【当那些被释放的出来的程序要运行时，再从硬盘Swap分区中恢复保存的数据到内存中】

free 来查看 -h：human-readable

8.png

创建swap
1. fdisk /dev/sda创建新分区，格式化的时候调整分区类型为82(Linux swap)【不调整，默认使用83Linux】
  partprobe /dev/sda 重读分区
2. mkswap /dev/sda8 -L LABEL 进行格式化，指定卷标LABEL
3. swapon /dev/sda8 启动交换分区【关闭用swapoff】
dd 比cp更强大的复制命令

# cp是以文件为单位进行复制的；
# dd直接复制的文件代码，因此可以复制文件的一部分
if=数据来源 【input file】
of=数据存储目标 【output file】
bs=1 一次复制多少字节 【指定单位：bs=1M】
count=2 一共复制几次

dd复制备份MBR：

# 复制硬盘最开始的512的字节，那也就是核心程序MBR
dd if=/dev/sda of=/mnt/usb/mbr.backup bs=512 count=1
# 恢复
dd if=/mnt/usb/mbr.backup of=/dev/sda bs=512 count=1

文件系统配置文件

文件系统的配置文件/etc/fstab：系统在初始时，会自动挂载此文件中定义的每个文件系统，文件内容从左到右为：

要挂载的设备挂载点文件系统类型挂载选项转储频率文件系统检测次序

/dev/sda5 /mnt/test ext3 defaults 0 0

#转储频率<数字>(每多少天做一次完全备份，0表示不备份)
#文件系统检测次序(只有根可以为1，0表示不检查)

要挂载的设备	挂载点	文件系统类型	挂载选项	转储频率	文件系统检测次序
/dev/sda5	/mnt/test	ext3	defaults	0	0

fuser 验证进程正在使用的文件

-v：查看某文件上正在运行的进程
fuser -km MOUNT_POINT：终止正在访问此挂载点的所有进程

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